Highly efficient compact base station antennas
- Reference number
- ID23-0041
- Project leader
- Quevedo-Teruel, Oscar
- Start and end dates
- 240101-281231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
New frequency bands for cellular communication systems are continuously introduced while the support of existing frequency bands remains. From an antenna perspective, this means that each base station antenna must consist of multiple arrays that both operate at the same and disjoint frequency bands. Furthermore, each array antenna must be ultra-wideband to cover all the bands. In addition, the trend is that the base station antennas are getting smaller to reduce the occupied space in the cell tower and to reduce the wind load. Placing arrays that are operating at different frequencies near each other is challenging. Unwanted resonances are excited in the neighboring arrays, which leads to distortions in the radiated signal that significantly degrades the network performance. In this project, we propose an industrial PhD student at CellMax to investigate novel array antenna elements that meet future needs with suppression of unwanted resonances. The key challenges to address are bandwidth, compactness, performance, and the interference between different arrays. The student will also develop a code to quickly analyze key parameters of the antenna element. This will be an important tool for quickly adapting the antenna elements for new frequencies, which will significantly reduce the time to market for new CellMax products.
Popular science description
Det ständigt ökande behovet av tillförlitlig och snabb trådlös kommunikation driver utvecklingen mot nya generationer av system där den femte generationen 5G nu rullas ut. Då introduceringen av nya system sker gradvis så måste stödet och funktionaliteten för föregående system finnas kvar under en avsevärd framtid. Samtidigt så utökas ständigt antalet frekvensband som används för cellulär kommunikation. Från ett antennperspektiv så betyder det att varje basstationsantenn måste bestå av multipla gruppantenner som både verkar på samma och åtskilda frekvensband. Dessutom så måste varje gruppantenn vara ultrabredbandig för att täcka alla band. Därtill är trenden att basstationsantennerna blir mindre för att reducera den ockuperade ytan i masten och för att reducera vindlasten. Att ha flera gruppantenner som samexisterar och verkar på olika frekvenser i en och samma basstationsantenn är utmanande då oönskade resonanser exciteras mellan närliggande gruppantennerna. Är gruppantennerna placerade nära varandra, typiskt närmare än en våglängd, så förstärks denna effekt kraftigt. Detta leder dels till distorsioner i den utstrålade signalen som signifikant nedgraderar nätprestandan, dels försämrad isolation, vilket är ett mått på den signal som läcker in från närliggande antenner. Dessa utmaningar är inte unika för basstationsantenner, utan finns även i en mängd andra branscher, till exempel fordons, försvars och rymdindustrin, alla med stark koppling till svensk industri. I detta projekt föreslår vi en industridoktorandstudent mellan KTH och CellMax som undersöker nya antennelement som möter de framtida behoven med undertryckning av oönskade resonanser. Projektet kommer fokuseras kring tre huvuddelar: 1) att designa antennelement som uppfyller baskraven med avseende på bandbredd, samt att det är kompakta i sin utformning, 2) antennelementen ska internt filtrera bort oönskade signaler, samt vara radiomässigt transparenta för oönskade signaler, 3) en kod ska utvecklas som snabbt kan beräkna nyckelparametrar för antennelement, vilket signifikant kommer snabba upp arbetet med att skapa nya varianter av antennelementen, och därmed utvecklingstiden för nya CellMax-produkter.